系统升级改造主要内容及方案

此次系统升级改造所包含的内容，围绕国家总局的指导性文件，共有13条主要功能。

传感器数字化

在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器（模拟量）至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化，促进智能传感器发展。

数字化通讯，主要是模拟量传感器到分站之间实现数字化传输，即485/can/

Profibus总线，目前公司所有模拟量传感器全部实现数字化传输，采用485总线。

增强抗电磁干扰能力

国家规定：静电抗扰度3级试验，评价等级为A（地面设备）；

          电磁辐射抗扰度2级试验，评价等级为A；

          脉冲群抗扰度2级试验，评价等级为A；

          浪涌（冲击）抗扰度交流电源端口3级、直流电源与信号端口2

          级试验，评价等级为B。

针对各类常见干扰所采取的措施主要是：应用吸能元件来吸收干扰产生的能量；抑制干扰产生的高电压；增加电源隔离及储能措施；使用专用的防护电路和器件，同时采用硬件滤波以及的软件滤波算法进一步增强抗干扰能力。

KJ101X(A)与新标准对比

KJ101X(A)煤矿安全监控系统多项试验均高于国家标准要求，并于2018年3月取得安标证书。

推广应用技术及装备

推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。

突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器推荐使用激光、红外等全量程传感器。突出、高瓦斯矿井的回风隅角建议采用无线传感器。建议加装粉尘监测设备。

公司激光甲烷传感器和红外甲烷传感器研发起步早，从2008年开始研究红外甲烷传感器，历时2年于2010年取得安标证书，激光甲烷于2015年取得安标证书。各项指标均满足此次升级改造要求。

回采面回风巷及掘进面回风流加装粉尘监测设备及矿用粉尘浓度传感器。推荐在工作面配置矿用粉尘浓度传感器。

2015年我公司开始研究无线传感器，现已具备无线激光甲烷等多种无线传感器可选择。

提升传感器防护等级

将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。

目前我公司的采掘面使用的传感器已达到要求。

完善报警、断电等控制功能

系统实现分级报警，根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实施分级响应。各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。

KJ101X(A)煤矿安全监控系统，根据瓦斯报警浓度、一氧化碳报警难度、持续时间实现多级报警，用户可根据矿方实际情况配置报警值。可根据颜色区别报警级别，同时具有瓦斯异常变化识别及筛选功能，可将异常变化的瓦斯传感器快速筛选出来并形成报表；软件支持逻辑点报警功能，可根据用户实际需求编辑开关量或模拟量测点，形成新的逻辑测点，并支持对逻辑测点报警或断电设置；设计所有涉及断电的测点均具有馈电功能，同时可根据具体断电需求，实现通过分站完成交叉断电功能，确保断电的可靠性；软件支持多个断电点设置，可在紧急情况下实现区域断电。

推行逻辑报警，根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，促进各类传感器的正确安装、设置及维护，监控系统的正常使用，防止违法行为。具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进行设置。

该项标准参照了KJ101X(A)安全监控系统的组合报警功能提出，用户可设定多组报警条件，实现具有逻辑关系的报警。

完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。

推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进行设置。

KJ101X(A)实现特殊情况下，远程本地，异地区域断电，用户可根据需要自行设定断点区域。

支持多网多系统融合、应急联动

实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。

多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。在地面统一平台上必须融合的系统：环境监测、人员定位、应急广播，如有供电监控系统，也应融入。其它可考虑融合的系统：视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。

安全监控系统提供了多系统数据融合及联动功能，实现了多系统数据一张图融合展示，提供编辑、分层、缩放、移动、测量等功能；实现在瓦斯超的联动控制功能，通过人员定位无线通信二合一系统、应急广播系统播放撤离信息，通过电力系统对相关设备进行断电，对其他系统的融合及联动可以根据矿方需要进行扩展。

多系统融合软件平台提出了统一和开放的《安全监控系统数据融合及联动交互数据规范》。这里的统一性是指，所有需要和多系统融合软件平台进行融合和联动的系统必须遵循该协议进行交互，而且该协议是多系统融合软件平台范围内广泛适用的，该协议可以向给第三方厂家公开。

安全监控系统实施多系统融合及联动需要遵循以下几点基本原则：

在项目实施时，以矿方为主导，协调各方；多系统融合软件平台积极提供相应的技术支持；第三方厂家积极配合，对接数据；多方共同调试；

按5号文要求本项目多系统融合及联动涉及的系统是安全监控系统、人员定位监控系统、应急广播系统。多系统融合软件平台在监控室提供网络接口，其他子系统在接入平台时需要的网络及硬件设备由各子系统负责。

第三方厂家必须遵循《交互规范》与多系统融合软件平台进行交互；

多系统融合及联动的交互接口为数据库的存储过程，该接口由多系统融合软件平台提供和维护，由第三方厂家主动调用进行融合和联动；

基于《交互规范》，第三方厂家需保证上传数据的准确性和及时性，保证联动命令的正确执行；

基于《交互规范》，多系统融合软件平台保证已上传数据展示的准确性和及时性，保证下发的联动控制命令的准确性和及时性；

多系统联动的触发点（超限报警的监测点）的来源于安全监控系统，而不会来源于其他第三方系统；在应急联动时，多系统融合软件平台只负责下发联动控制命令及参数，具体的执行由子系统负责完成；

安全监控系统融合模式

多系统融合有井下融合与地面融合两种方式，二者比较如下表所示：

综上所述，采用地面融合方式较井下融合方式具有更高的可行性和经济性，牵涉的系统、硬件改造工作量更少，矿方的资金投入更小，使用和维护更方便，子系统间责任认定更简单。因此本方案的多系统融合及联动采用地面融合方式。

格式规范化

系统主干网应采用工业以太网。

分站至主干网之间宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五”末应采用工业以太网。

模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。

系统改造后支持联网并按要求数据格式上传。

KJ101X(A)安全监控系统拓扑图如下，通过自主开发的多通道技术，可接入254台分站，并且不增加系统的巡检周期，不影响系统的实时性，保障特大型矿井的系统稳定运行。

增加自诊断、自评估功能

实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。自诊断的内容至少应包括：

传感器、控制器的设置及定义；

传感器即插即用，支持类型识别，当出现中心站软件定义的传感器类型与实际挂接的传感器类型不一致时，软件能进行类型错误提示，同时不保存采集的异常数据；

传感器故障识别，模拟量传感器可识别元件异常，电路异常等典型故障并提示。

（2）模拟量传感器维护、定期未标校提醒；

传感器调校提醒，按照《煤矿安全规程》要求，甲烷传感器应在15天进行一次调校，如果未按规定时间调校，软件可进行提醒，并对传感器调校过程中数据进行识别。

（3）控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态；

系统可实现防爆电源远程监控。可实时、远程了解电源箱运行状况，显示电源实时电压、电流等工作状态同时具有断馈电功能。

（4）中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。

KJ101X(A)安全监控系统提供自诊断管理软件，可以对系统软件的运行环境，包括操作系统、双机热备、数据库及必要组件等软件环境的诊断，CPU内存硬盘等硬件指标是否达到要求进行诊断。同时系统可以通过软件对传感器与分站的通信质量进行监测，可以分析出传感器传输是否受到干扰等。

加强数据应用分析

安全监控系统应具有大数据的分析与应用功能，至少应包括以下内容：

（1）伪数据标注及异常数据分析；

传感器标校数据分析：当传感器进入标校时，系统能够自动识别并标记，当标校结束后能自动恢复标记，软件中可对标校期间的数据与正常采样进行区分。

异常数据分析：系统能够自动识别运行过程中的突变数据，按照值或斜率变化进行识别，变化级别可设置，实现了对瓦斯突变和火灾的预报警。

（2）瓦斯涌出、火灾等的预测预警；

瓦斯涌出与火灾等预测预警，系统所用的设备，与安全监控系统兼容。针对此次新标准的升级改造，只需要对上述系统进行融合，即可满足标准的要求。

（3）大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等；

系统可根据用户设置的多项组合筛选条件，对长期的历史数据进行筛选和分析。

（4）可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。

具备数据对接接口。

提升系统性能指标

系统巡检周期不超过20s；

KJ101X(A)系统巡检时间不大于10s。

异地断电时间不超过40s；

系统可通过软件实现异地断电，最短可缩至5S。

备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，更换电池要求由仅能维持1h时必须更换，提高到仅能维持2h时必须更换；

KJ101X(A)系统供电电源可达4h，同时具有远程监测功能。

无工频变压器，可直接接入交流85-792V，无须切换抽头，可自动适应电压等级变化；

可实时、远程了解电源箱运行状况，显示电源实时电压、电流等工作状态同时具有断馈电功能；

大容量高密度电池组，提升续航力。

具有双机热备自动切换功能；

KJ101X(B)系统双机热备具备手动和自动切换功能，切换时间不大于1min。

模拟量传输处理误差不超过0.5%；

实施数字化传输后，。

分站的远程本安供电距离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km。

通过提高本安供电电压至24V，传感器支持DC24V工作，同时传感器采用低功耗MCU、传感元件模块化设计理念使得电源到传感器的距离可以高达6Km。

增加加密存储要求

为有利于安全监管监察和企业安全管理，对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进行加密存储，采用如MD5、RSA加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改。

KJ101X(A)系统系统对密采数据进行了备份，并采用RSA算法进行加密，加密数据只有通过方可解密，非用户无法访问和修改数据。在需要恢复数据，或者对监控数据进行核查时，可使解密后的数据。

方便用户使用、维护、培训

软件界面友好，方便调用，强化帮助功能。